Microrganismos do Solo

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA
CENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDECENTRO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS E DA SAÚDE
DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA
MBI 150 – Microbiologia do Solo
A microbiota do solo
CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS MICRORGANISMOS DO SOLOCARACTERÍSTICAS GERAIS DOS MICRORGANISMOS DO SOLO
1 C id d t bóli di difi d l ã1. Capacidade metabólica diversa, codificada pelo genoma e não
necessariamente expressa fenotipicamente;
2. Reprodução
3. Estrutura celular definida
4. Formam estrutura de repouso ou dormênciap
5. Catalisam reações no solo
6. Constituem elo entre os processo do solo e e os demais processos que
ocorrem no ambienteocorrem no ambiente
Total de espécies no mundo
Grupo Espécies descritas Espécies estimadas
Animais
-peixes 19.000 21.000
-pássaros
-mamíferos
répteis
9.000
4.000
9 000
9.100
4.000
9 500-répteis
-insetos
Nematóides
9.000
800.000
15.000
9.500
2.000.000 a 80.000.000
500.000
Plantas
-dicotiledôneas
-monocotiledôneas
170.000
50 000
250.000 a 300.000
-monocotiledôneas
-fetos
-musgos e hepáticas
50.000
10.000
17.000
Fungos
Algas
Protozoários
69.000
40.000
30 000
1.500.000
60.000
100 000Protozoários
Bactérias
Vírus
30.000
4.000
5.000
100.000
30.000
130.000
Esquema da filogenia dos três domínios/divisões 
dos organismos vivos
Vírus
Polio, adeno
H
TMV Influenza
Herpes
Parainfluenza “Rabies” Poxivírus Fago-T
Bactérias
Cianobactérias
ActinomicetosActinomicetos
Bactérias & Archaeas)
(Nitrosomonas,
Rhizobium, Bacillus, , ,
Pseudomonas, etc)
A ti i tActinomicetos
Cianobactérias
Fungos 
Leveduras
• Exemplos: Candida; 
Pichia, Torulopsis, 
S hSaccharomyces, 
zygosaccharomyces
• Contagem: 200 a 
100.000  comum 103/g 
de solode solo
Algas
• Fotoautotróficos• Fotoautotróficos
• Eucariotos
• Unicelulares ou filamentosasUnicelulares ou filamentosas
• Mais abundantes em regiões mais úmidas
• Nos solos: na superfície  5-10 cm p
• Tolerância ao sal (0 a 100%) 
• Colonizadores primários
• 100 a 50.000/g de solo  mais freqüente: <10.000
Líquens
Associação fungo:alga ou fungo:cianobactériaAssociação fungo:alga ou fungo:cianobactéria 
•Colonizadores primários 
•Membros fúngicos: Ascomycota 
(principal) ±15.000 espécies 
Basidiomycota e Deuteromycota ±Basidiomycota e Deuteromycota  ±
3.000 espécies
• A associação permite a sobrevivência ç p
dos simbiontes em ambientes 
inóspitos, onde cada um, 
individualmente, não sobreviveriaindividualmente, não sobreviveria
Protozoários
- Três grupos: 
1. Mastigophora: um ou mais 
flagelos
2 S di i ó d b2. Sarcodina: rizópodos ou amebas
3. Ciliata: cílios curtos ao redor das 
célulascélulas
- Efeito sobre a estrutura e 
funcionamento da comunidade 
microbiana
- Auxiliam na decomposição de 
íd â iresíduos orgânicos
ArtrópodesArtrópodes
NematóidesNematóides
Vida livre x parasitas
Tamanho número e biomassa dos grupos de microrganismosTamanho, número e biomassa dos grupos de microrganismos 
encontrados no solo
Grupo Exemplo Tamanho 
(m)
Número
(nº. g-1)
Biomassa
(Kg massa fresca ha-1 )
Vírus
Bactérias
Actinomicetos
TMV
Pseudomonas
Streptomyces
0,02 x 0,3
0,5 x 1,5
0 5 x 2 0
1010 - 1011
108 – 109
107 – 108
300 – 3.000
300 – 3 000Actinomicetos
Fungos
Algas
Protozoários
Streptomyces
Mucor
Chlorella
Euglena
0,5 x 2,0
8,0*
5 x 13
15x 50
10 – 10
105 – 106
103 – 106
103 – 105
300 – 3.000
500 – 5.000
10 – 1.500
5 –200Protozoários
Nematóides
Minhocas
Euglena
Pratylenchus
Lumbricus
15x 50
1.000**
100.000**
10 10
101 – 102
5 200
1 – 100
10 – 1.000
*diâmetro; ** comprimento
Total: 1.200 – 14.000 Kg ha-1g
A biomassa microbiana do solo
Importância: Kg ha-1, g g-1Importância: Kg ha , g g
•Ciclagem (decompositores)•Ciclagem (decompositores)
•Reservatório de nutrientes
•Indicador da qualidade do solo
•Diversidade metabólica/diversidade genética
A biomassa microbiana é analisada por meio de:
• Contagem direta de células microbianas;
• Análises de componentes celulares específicos tais como o trifosfato de
adenosina (ATP), fosfolipídeos ou ácido murâmico;adenosina (ATP), fosfolipídeos ou ácido murâmico;
• Medição de processos microbianos específicos tais como a
mineralização de nitrogênio ou a redução de dimetilsulfóxido a
dimetilsulfeto;
• Medição da taxa de respiração;
á f• Análise direta de componentes celulares solubilizados pela fumigação
com clorofórmio (método da fumigação-incubação, método da
fumigação-extração) e pelo método da irradiação extração.
Biomassa microbiana:Biomassa microbiana:
Método da fumigação-incubação
Quociente microbiano (qMIC):
C da biomassa microbiana x 100C da biomassa microbiana x 100
C orgânico do solo
Quociente metabólico (qCO ):Quociente metabólico (qCO2):
C-CO2 evoluído do solo (mg/mg)
C da biomassa
Titulação:
) R i dilh d N OH i da) Retirar a armadilha de NaOH, evitando sua
exposição ao ar.
b) Coletar 5,0 ml dos copos com NaOH (armadilha)
) Adi i 1 ml d s l ã d l t d bá i
10mL
NaOH c) Adicionar 1 ml da solução de cloreto de bário
d) Adicionar 1 gota de fenolftaleína.
e) Titular com HCl.
f) Anotar os resultados em tabela: Vol HCl
0,5N
f) Anotar os resultados em tabela: Vol. HCl
consumido na titulação de 5,0 ml de NaOH
(residual).
100 g de Solo 
Pode ser feito diretamente no solo
mg de CO2 = (C -X) . N.E. (10/5)
Onde:Onde:
X = valor titulado no tratamento
C = valor titulado frasco "branco"
N = Normalidade do ácido (HCl)
Respiração
N Normal dade do ác do (HCl)
E = Equivalentes CO2 = (22)
FUMIGAÇÃO-INCUBAÇÃO
250 de solo ou
Amostras 
de solo250 de solo ou 
sedimento
50 mL de
- Incubar por 10 dias a 25ºC
Coletar o CO evoluído no50 mL de 
CHCl3 ou 
micronda
Fumigação 
por 18 a 24 
horas
- Coletar o CO2 evoluído no 
NaOH 1 N
- Quantificar o CO2 por 
titulação com HClhoras
Remover CHCl3Repetir com solo não 
titulação com HCl 
Biomassa microbiana =
CO2 solo fumigado - CO2 solo não fumigadoRemover CHCl3p
fumigado (controle)
Biomassa microbiana 
K
Adicionar 1g 
de solo 
fresco
RESPIRAÇÃO
Diversidade Microbiana do Solo
 1 – 10% da diversidade de espécies é conhecida 1 10% da diversidade de espécies é conhecida.
 Diversidade da comunidade bacteriana do solo é 170 vezes
maior do que a observada in vitromaior do que a observada in vitro.
 4.000 a 7.000 genomas diferentes g-1 de solo (Torsvik et al., 1990).
 Solo pode conter, em alguns casos, até 10.000 espécies de
bactérias (Torsvic et al 1996)bactérias (Torsvic et al., 1996).
Limitações da avaliação da diversidade microbiana ç ç
do solo in vitro
 M i d lt ã ã d i t d Meios de cultura não são capazes de suprir todas as
condições físico-químicas necessárias ao crescimento de
todas as espécies microbianas presentes no solo;todas as espéc es c ob a as p ese tes o so o;
 As pop lações microbianas do solo mantêm entre si relações As populações microbianas do solo mantêm entre si relações
ecológicas de interdependência (cooperação, simbiose etc)
que não são reproduzidas nos meios de cultura de laboratório;q p ;
 Microrganismos de crescimento lento ou que formam colônias
microscópicas são ignorados;
Características distintivas dos principais grupos de 
microrganismos do solo
EucariotosProcariotosOrganela
microrganismos do solo
++++Membrana citoplasmática
ProtozoárioAlgasFungos(Bacteria e Archaea)
EucariotosProcariotosOrganela
+++-Membrana nuclear
++++Divisão nuclear
p
C l d G l i
+++-Retículo endoplasmático
80S80S80S70SRibossomos
+++-Citoesqueleto
+++-Mitocôndria
+++-Complexode Golgi
+++-Vacúolos
++--Cloroplasto
+++Citoesqueleto
+++-Vacúolos
-+++Parede celular
• Microrganismos• Microrganismos
Bactérias, fungos e algas
• Microfauna (< 0,2 mm ou 200 m)
Protozoários, nematóides etc
• Mesofauna (0,2 – 1 mm)
Ácaros colêmbolas etcÁcaros, colêmbolas etc
Macrofauna (> 1 mm ou 1000 m)• Macrofauna (> 1 mm ou 1000 m)
Minhocas, cupins, formigas, coleópteros, Arachnida, 
M i d tMyriapoda etc
Interação espacial entre os
componentes bióticos e
abióticos do soloabióticos do solo
Interação entre a microbiota e a fauna do solo
Diâmetro de poro de 1,0 mm permite a entrada de todos os
microrganismos e da maioria dos invertebrados do solo (mesofauna),
exceto minhocas e artrópodes maiores
Diâmetro de 0,005 mm permite somente a entrada de microrganismos.
Dias Diâmetro do mesh (mm)
0,005 1,000,005 1,00
% do material decomposto
7 2 4
14 4 8
28 8 1428 8 14
56 20 28
112 30 60
224 35 85
Populações microbianas do solo
Autóctones ou indígenas
Alóctones ou invasoras
Estrategistas k (estáveis característicos da comunidade)Estrategistas k (estáveis, característicos da comunidade)
Estrategistas r (flutuações da população)
Oligotróficos
Copiotróficosp
Principais funções da microbiota do solop ç
 Decomposição da matéria orgânica Decomposição da matéria orgânica
 Ciclagem de energia e nutrientes
 Produção de húmus
 Decomposição de compostos xenobióticos
 Controle de pragas e doenças
 Fixação do nitrogênio atmosférico
 Agregação do solo
Agregação do solo
• Papel das hifas fúngicas
• Exopolissacarídeos
• Síntese de húmus
• Fungos micorrízicos 
arbusculares:
glomalina
Glomalina = proteína secretada pelas hifas de fungos micorrízicos arbusculares;
f i “ l ” i d tí l d lfunciona como uma “super-cola”, unindo as partículas do solo em
agregados.
Solo cultivado com planta colonizada Solo cultivado com planta nãoSolo cultivado com planta colonizada
com fungos micorrízicos arbusculares
Solo cultivado com planta não-
colonizada com fungos micorrízicos
arbusculares
Glomalina = proteína secretada pelas hifas de fungos micorrízicos arbusculares;
f i “ l ” i d tí l d lfunciona como uma “super-cola”, unindo as partículas do solo em
agregados.
Raízes e hifas Agregado
Distribuição de microrganismos no perfil do solo
(no x 103 . g-1)
Profundidade Bactérias Bactérias Actinomicetos Fungos AlgasProfundidade Bactérias 
aeróbicas
Bactérias 
anaeróbicas
Actinomicetos Fungos Algas
3-8 7800 1950 2080 119 25
20-25 1800 379 245 50 5
35 40 472 96 49 14 0 535-40 472 96 49 14 0,5
65-75 10 1 5 6 0,1
135-145 1 0,40 - - -
Distribuição de microrganismos no perfil do solo
•Disponibilidade de matéria orgânica
•Condições físico-químicas
Transporte de microrganismos
•Água da chuva ou irrigação
•Raízes 
•Aração e gradagem
•Motilidade
•Interação com a fauna do solo
Transporte de Pseudomonas fluorescens através do perfil do solo
i d à ti id d d i h
Profundidade Controle Lumbricus 
rubellus
Lumbricus 
terrestris
Apporectodea 
trapezoides
associado à atividade de minhocas
rubellus terrestris trapezoides
P. fluorescens (células/g de solo) (x1000)
0-5 5248 5888 3236 67600 5 5248 5888 3236 6760
5-10 35 616 813 724
10-15 0 19 93 17810-15 0 19 93 178
15-20 0 0,2 64 96
20 25 0 0 5 6320-25 0 0 5 63
25-30 0 0 5 10
30 35 0 0 0 9 1 630-35 0 0 0,9 1,6
35-40 0 0 0,9 1,4
Adaptado de Daane et al., 1996)